DE3834751A1 - Process for producing light-weight aggregates having a low density - Google Patents
Process for producing light-weight aggregates having a low densityInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Leichtzuschlagstoffen mit geringer Dichte aus Verbrennungsrück ständen mineralstoffhaltiger Einsatzstoffe aus Wirbelschicht feuerungsanlagen, die mit dem Gasstrom ausgetragen und an den Filtern anfallen und gesammelt werden oder aus ähnlichen mineralischen Produkten.The invention relates to a method for producing Lightweight aggregates of low density from combustion reflux of mineral-containing feedstocks from fluidized bed firing systems, which discharged with the gas stream and on the filters are incurred and collected or similar mineral products.
Die in den Wirbelschichtfeuerungsanlagen anfallenden Verbrennungsrückstände können nicht oder nur schwer weiter verarbeitet werden. Probleme bereitet dieses Material insbe sondere aufgrund der Feinkörnigkeit, da der Anteil der Körner < 63 µm immerhin rund 70 Gew.-% ausmacht, so daß dieses Material zum Fließen neigt und wenn überhaupt nur mit hohem Aufwand transportiert und auf Halden abgelagert werden kann. Im Prinzip das gleiche gilt für Flugaschen aus anderen Feue rungsanlagen und für ähnliche mineralische Produkte. Der Versuch, daraus einen Zuschlagstoff geringer Dichte für die Bauindustrie herzustellen, scheitert daran, daß zwar ein im Bereich der Oberfläche sehr hartes, im Kern aber dichtes Korn erzielt wird, das damit ein unter Berücksichtigung des Ausgangsproduktes hohes Schüttgewicht von ca. 1 KG/dm3 auf weist. Darüber hinaus entstehen aufgrund des Ausgangsproduktes bei Wasserzutritt unter Umständen Probleme durch verzögerte Abbindereaktionen des Zementes und durch Quellvorgänge auf.The incumbencies in the fluidized bed combustion incineration residues can not or only with difficulty be processed. Problems causes this material in particular special due to the fine grain, since the proportion of grains <63 microns at least about 70 wt .-% makes, so that this material tends to flow and if ever transported only with great effort and can be dumped on dumps. In principle, the same applies to fly ashes from other furnaces and for similar mineral products. The attempt to produce an aggregate of low density for the construction industry, fails because of the fact that although a very hard, in the core but dense grain in the surface is achieved, thus taking into account the starting product high bulk density of about 1 KG / dm 3 points. In addition, due to the initial product in the event of ingress of water, problems may arise due to delayed setting reactions of the cement and swelling processes.
Der Wunsch nach höheren Dämmwerten ist Grund für Bemühungen, Leichtbaustoffe mit immer geringeren Dichten zu schaffen. Natürliche Baustoffe sind vor allem in der Bundes republik Deutschland nicht vorhanden. Künstliche Baustoffe dieser Art sind abhängig von ausländischen Rohstoffen. Die Rohstoffkosten sind aufgrund der großen Nachfrage hoch und zusätzlich noch durch die Frachten belastet.The desire for higher insulation values is reason for Efforts to lightweight materials with ever lower densities too create. Natural building materials are mainly in the federal government republic of Germany does not exist. Artificial building materials of this kind are dependent on foreign raw materials. The Raw material costs are high and high due to high demand additionally burdened by the freights.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Leichtzuschlagstoff aus schwer verwertbaren Verbrennungsrück ständen mit einer Schüttdichte deutlich unter 1 KG/dm3 herzu stellen.The invention is therefore based on the object, a lightweight aggregate of difficult-to-use combustion residues with a bulk density significantly below 1 KG / dm 3 put herzu.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die feinkörnigen bis mehlfeinen Verbrennungsrückstände unter Zugabe von fehlendem, anorganischem Binder mit granuliertem oder körnigem, meistens hydrophobem, durch vorherige Kontaktie rung mit einem Schaumbildner benetzbar gemachtem Leichtstoff, bis sich eine abbindefähige Hohlschale einstellt, durchmengt werden, woraufhin die gebildeten Körper zum Aushärten abge lagert oder hydrothermal gehärtet werden.The object is achieved in that the fine-grained to very fine combustion residues below Addition of missing, inorganic binder with granulated or granular, mostly hydrophobic, by previous contact tion with a foaming agent wettable lightweight material, until a settable hollow shell adjusts, durchmengt be, whereupon the formed body abge to cure stored or hydrothermally hardened.
Durch die Vorbehandlung des an sich hydrophoben Leicht stoffes wird ein ultraleichter Kern vorgegeben, um den sich dann die mehlkornfeinen Verbrennungsrückstände ablagern und damit Körnungen bilden, die für die unterschiedlichsten Zwecke weiterverarbeitet werden können. Aufgrund des ultraleichten Kerns kann so die Schüttdichte gezielt reduziert werden, ohne die Eigenschaften des Ausgangsmaterials zu verändern. Da ein an sich hydrophober Leichtstoff zum Einsatz kommt, bleibt der Kern durch die prozeßbedingte Befeuchtung unbeeinflußt, was sich sowohl bezüglich der Wasseraufnahme wie auch der Verarbeitbarkeit des Produktes vorteilhaft auswirkt. Es ergibt sich eine verkittete Hohlschale, in der der im Inneren hydro phobe Kern beim Abbinden an der Atmosphäre erhalten bleibt oder aber sich bei hydrothermaler Behandlung weitgehend auf löst, ohne die Eigenschaften des gebildeten Korns zu verändern. Auf diese Weise wird nicht nur ein ansonsten schwer verwert barer, in großen Mengen anfallender Stoff vorteilhaft lager fähig gemacht, sondern gleichzeitig zielgemäß ein Leichtzu schlagstoff mit niedriger Dichte geschaffen, der in der Bau industrie zu verschiedensten Dämmbauzwecken einsetzbar ist. Überraschenderweise kann dabei für diese Zwecke auch ein Sekundärstoff für den Baustoffmarkt nutzbringend eingesetzt werden, weil dieser aufgrund des Verfahrens die hydrophobe Eigenschaft seiner Oberfläche verliert bzw. verändert. Vorteil haft ist außerdem, daß ein solches Verfahren ohne großen Aufwand auch direkt in einer Feuerungsanlage verwirktlicht werden kann, so daß der schwierige und kostspielige Transport des mehlfeinen Einsatzstoffes verkürzt wird bzw. ganz entfallen kann.By the pretreatment of the hydrophobic light fabric is an ultralight core given to the itself then deposit the fine flour combustion residues and thus forming granulations for a variety of purposes can be further processed. Because of the ultralight Kerns so the bulk density can be reduced specifically, without to change the properties of the starting material. There a hydrophobic lightweight material is used remains the core is unaffected by the process-related moistening, what about both the water intake as well as the Processability of the product has an advantageous effect. It results a cemented hollow shell, in which the inside hydro phobe core remains intact upon setting in the atmosphere or in hydrothermal treatment largely on dissolves without changing the properties of the formed grain. In this way, not only one is otherwise difficult to recycle Barer, accumulating in large quantities advantageous stock made capable but at the same time purposefully an easy one low-density impact material created in the construction industry can be used for various Dämmbauzwecken. Surprisingly, it can also be for these purposes Secondary material used profitably for the building materials market because this is due to the method, the hydrophobic Property of its surface loses or changes. benefit It is also clear that such a procedure can not be Effort can also be verwirktlicht directly in a furnace so that the difficult and costly transport of the flour-fine feedstock is shortened or completely eliminated can.
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung des erfindungs gemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß der granulierte Leicht stoff als natürliche Körnung von Sägeschnittabfall aus der Zurichtung von Schaum- oder Dämmstoffplatten mit einem zuvor schaumig gerührten Schaumbildner durchmischt und dann mit den Verbrennungsrückständen vermengt wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß Körnungen entstehen, deren Kornband durch die Körnungsauswahl der Leichtstoffe genau vorher bestimmbar ist.After an expedient development of the invention In accordance with the method it is provided that the granulated light as a natural grain of saw cut waste from the Finishing of foam or insulating panels with a previously mixed foamy stirred foaming agent and then with the combustion residues is mixed. This method has the advantage that grains arise, the grain band through the grain selection of the light materials can be determined beforehand is.
Um den üblichen Anforderungen der Bauindustrie an die Kornbänder von Leichtzuschlagstoffen zu genügen, sieht die Erfindung vor, den granulierten Leichtstoff mit einer Körnung von 1 bis 10 mm abzusieben und dann mit Schaumbildner und anschließend mit den Verbrennungsrückständen zu mischen. Weiter besteht die Möglichkeit, durch Mengenverteilung durch das Anreichern und Abmagern in bestimmten Siebstufen das jeweils gewünschte Kornband ganz genau in vorgegebenen Grenzen einzu stellen.To meet the usual requirements of the construction industry to the To meet grain straps of lightweight aggregates, sees the Invention before, the granulated light weight with a grain from 1 to 10 mm and then with foaming agent and then mix with the combustion residues. Continue there is the possibility, by quantity distribution by the Enrich and lighten up in certain sieve levels each desired grain band to enter exactly within predetermined limits put.
Bei Ausgangsmaterial ohne Kalkanteil wird den kalkfreien Verbrennungsrückständen vor der Zuführung des granulierten Leichtstoffes bis zu 30% Zement zugemischt und das gebildete Korn dann zum Aushärten nach entsprechender Schalenbildung abgelagert. Hierdurch erreicht das Korn bzw. die verkittete Hohlschale die jeweils erforderliche Stabilität, um in ent sprechend hergestellten Produkten günstig verwendet werden zu können. Der Zement sorgt dabei für das Verkitten der Ver brennungsrückstände rund um den an sich hydrophoben Styropor kern oder den entsprechend gekörnten Schaumstoff. Zur Reduzierung der Abbindezeit kann das Produkt auch in Dampf kammern bei ca. 70°C oder im Autoklaven gehärtet werden.For starting material without lime content is the lime-free Combustion residues before the supply of the granulated Lightweight up to 30% cement mixed and the formed Grain then to cure after appropriate shell formation deposited. As a result, reaches the grain or the cemented Hollow shell the respectively required stability, in order ent speak speaking manufactured products are used favorably to be able to. The cement ensures the cementing of the Ver combustion residues around the inherently hydrophobic styrofoam core or the appropriately grained foam. to Reducing the setting time, the product can also be used in steam be cured at about 70 ° C or in an autoclave.
Bei aus Wirbelschichtanlagen mit Schwefeleinbindungen stammenden Verbrennungsrückständen ist es von Vorteil, eine Kalkbindung anzuwenden, wozu unter Berücksichtigung des eigenen Kalkanteils Kalk bis auf eine Gesamtkalkmenge bis zu 8% zuge geben, dann mit dem vorbehandelten granulierten Leichtstoff durchmengt wird und daß die Körner anschließend hydrothermal bei ca. 160°C über 4 bis 6 Stunden gehärtet werden. Ein solcher Härtungsprozeß führt zu einem ausgehärteten Produkt, das auf die gleiche Art und Weise weiterverarbeitet werden kann, wie das unter Zusatz von Zement entstandene Korn. Durch das hydrothermale Härten wird der Schaumstoffkern (Styropor kern) oder der aus ähnlichem hydrophobem Material bestehende Kern weitgehend aufgelöst, wobei für die angestrebten Eigen schaften des Endkorns keine Nachteile entstehen.In from fluidized bed plants with Schwefeleinbindungen originating combustion residues, it is advantageous to a Lime binding apply, including taking into account the own Lime content of lime up to a total lime quantity of up to 8% give, then with the pretreated granulated light weight is durchmengt and that the grains then hydrothermal be cured at about 160 ° C for 4 to 6 hours. On such hardening process results in a cured product, which are processed in the same way can, like the grain formed with the addition of cement. By the hydrothermal hardening becomes the foam core (Styrofoam core) or of similar hydrophobic material existing Kern largely dissolved, whereby for the intended own the end grain, there are no disadvantages.
Neben der reinen Verwendung von Zement bzw. dem Auffüllen des Kalkanteils sieht die Erfindung eine dritte Verfahrens variante vor, nach der kalkfreie und kalkhaltige Verbrennungs rückstände miteinander unter Zugabe von Zement gemischt, mit dem Leichtstoff geformt und hyrothermal gehärtet werden. Auch auf diese Weise erhält man ein Material, das sich für eine entsprechende Weiterverarbeitung eignet.In addition to the pure use of cement or filling of the lime content, the invention provides a third method Variant before, after the lime-free and calcareous combustion Residues mixed with each other with the addition of cement, with be formed lightweight and hardened hyrothermal. Also In this way one receives a material, which stands for one appropriate processing is suitable.
Wegen der angestrebten niedrigen Korndichte ist das Korn über 1 mm auszuhalten. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Korngröße der Verbrennungsrückstände < 1 mm beträgt und dabei vorzugsweise zu 70 Gew.-% < 63 µm ist. Der Binder in Form von Zement sollte dabei mit dem noch warmen Zuschlag gemischt und dann mit dem granulierten Leichtstoff geformt werden. Ein solches Vorgehen macht sich die Wärme der Ver brennungsrückstände zunutze, wobei sich diese insbesondere bei dem anschließenden Abbindeprozeß als Beschleuniger auswirkt. Because of the desired low grain density is the grain over 1 mm. According to the invention it is provided that the grain size of the combustion residues is <1 mm and thereby preferably to 70 wt .-% <63 microns. The binder in the form of cement should be doing with the still-warm supplement mixed and then molded with the granulated light weight become. Such an approach makes the heat of Ver combustion residues exploits, with this particular in the subsequent setting process as an accelerator effect.
Die durch die Zugabe von Kalk oder Zement o.ä. Binder oder durch den in den Verbrennungsrückständen vorhandenen Binder sich ergebenden Hohlschalen eignen sich aufgrund ihres günstigen Schüttgewichtes optimal für die Herstellung von Leichtbaukörpern, wobei die verkitteten Hohlschalen sowohl ungebunden wie ihrerseits mit flüssigen Bindern versetzt und zu Baukörpern verarbeitet werden können. Die Vielseitigkeit der Anwendung entsprechend hergestellter Leichtzuschlagstoffe ist also enorm groß.The like by the addition of lime or cement o. binder or by the one present in the combustion residues Binder resulting hollow shells are suitable due to their favorable bulk density optimal for the production of lightweight bodies, wherein the cemented hollow shells both unbound as in turn mixed with liquid binders and can be processed into building structures. Versatility the application of correspondingly produced lightweight aggregates is so huge.
Die Erfindung zeichnet sich durch ein Verfahren aus, das im wesentlichen darin besteht, daß um leichte Kerne wie beispielsweise Styroporgranulat oder Schaumstoffkugeln, deren Wasseraufnahme äußerst gering ist und deren Benetzung mit Wasser oder wasserhaltigen Suspensionen schwierig ist, durch entsprechende Behandlungsverfahren benetzbar gemacht werden und an die, nach der Benetzung überwiegend mehlfeinen Mischungen aus anorganischen Bindemitteln und thermisch be handelten Mineralstoffen schalenförmig angelagert werden. Die Auswahl der kernbildenden Körnung wird auf die gewünschte Korngröße des Zuschlages abgestimmt. Die Schalenstärke wird durch die Dauer des Anlagerungsvorgangs in Abhängigkeit von der gewünschten Kornfestigkeit bestimmt. Bei zementgebundenen Mischungen ist ein Abbindevorgang ohne thermische Behandlung möglich. Das gleiche gilt im Prinzip für die Kombination von Hydratkalk und Zement. In beiden Fällen ist aber auch die thermische Härtung nach dem Kalksandsteinprozeß möglich. Wird die Härtung des Leichtzuschlags grundsätzlich durch die Dampf härtung bewirkt, genügt bei Verwendung von Wirbelschichtfilter asche, die in der Regel mit aktivem Restkalk und Reaktions produkten der Kalkzugabe belegt ist, der Restkalkgehalt aus der überstöchiometrischen Kalkzugabe. In Ausnahmefällen muß der vorhandene Kalkgehalt auf einen Anteil von aktivem Kalk von 2 Gew.-% bezogen auf die Mineralstoffmenge ergänzt werden. Ab 10 mm Hohlraumdurchmesser sollte man zur Vermeidung der Konvektion im Korn die zementgebundene Bindung unter Vermeidung von Temperaturen über 100° anwenden, weil dann der ultraleichte Kern im Korn erhalten bleibt. Wichtig ist darüber hinaus, daß Schaumbildner verwendet wird, der zement- bzw. kalkverträg lich ist, weil auf diese Weise die Wirkung des Binders nicht aufgehoben, sondern vielmehr ein entsprechend härtbares Korn erzeugt wird.The invention is characterized by a method which is essentially that around lightweight cores like For example, polystyrene granules or foam balls whose Water absorption is extremely low and their wetting with Water or hydrous suspensions is difficult to pass through appropriate treatment methods are made wettable and to the, after wetting predominantly flour fine Mixtures of inorganic binders and thermally be treated minerals are cupped attached. The selection of the nucleating grain will be as desired Grain size of the surcharge matched. The shell strength is by the duration of the attachment process as a function of the desired grain strength determined. For cement bound Mixtures is a setting without thermal treatment possible. The same applies in principle to the combination of Hydrated lime and cement. In both cases, but is also the Thermal hardening after the sand-lime brick process possible. Becomes the hardening of the lightweight aggregate basically by the steam Cures causes sufficient when using fluidized bed filters ashes, which are usually active with residual lime and reaction is occupied by the addition of lime, the residual limestone content the superstoichiometric lime addition. In exceptional cases must the existing lime content to a proportion of active lime be supplemented by 2 wt .-% based on the amount of mineral. From 10 mm cavity diameter you should avoid the Convection in the grain the cement bound bond under avoidance of temperatures above 100 °, because then the ultra-light Core in the grain is preserved. It is also important that foaming agent is used, the cement or lime treat is because in this way the effect of the binder is not but rather a corresponding curable grain is produced.
Als Ausgangsstoffe für die Herstellung von Leichtzuschlag stoffen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sind bei den nachfolgenden Beispielen die nachfolgend genannten Stoffe zum Einsatz kommen.As starting materials for the production of lightweight aggregate Materials according to the inventive method are in the following examples, the substances mentioned below be used.
1.0 Verbrennungsrückstand der zirkulierenden Wirbelschicht-Feuerungsanlage
der Stadtwerke Duisburg.
2.0 Die Siebanalyse der Asche ergab folgende Siebrückstände:1.0 Combustion residue of the circulating fluidized bed combustion plant of Stadtwerke Duisburg.
2.0 The sieve analysis of the ashes revealed the following sieve residues:
Im optimierten Verhältnis wird Wasser und Schaumbildner zu einem noch fließfähigen Schaum geschlagen. Der Schaum wird in einen Zwangsmischer gegeben und anschließend wird das kernbildende Kornband aus geschäumten Kunststoffkugeln zugegeben. Ca. 75 Gew.-Anteile des vorbereiteten binde mittelhaltigen und mehlkornfeinen Mineralstoffs wird an schließend in den Mischer gegeben und unter zusätzliche Einwirkung eines Wirblers mit den Kernbildnern unter Auf nahme des Schaums zu einem rieselfähigen Gemisch einge rührt.In the optimized ratio becomes water and foaming agent beaten to a still flowable foam. The foam will be put into a compulsory mixer and then will the core-forming grain band made of foamed plastic balls added. Approximately 75 parts by weight of the prepared bandage medium-bodied and flour-fine mineral is closing in the mixer and under additional Influence of a swirler with the nucleating agents under Auf Taking the foam to a free-flowing mixture stir.
Anschließend wird die Mischung ausgetragen und durch Rotation geformt, wobei die Restmenge des Mineralstoffs durch Aufstreuen und Bedüsung für den weiteren Aufbau der Schalen aufgebracht wird.Then the mixture is discharged and through Rotation shaped, with the residual amount of mineral by sprinkling and spraying for further construction the shells is applied.
Über eine schwach gepuderte Rinne wird das Material ausge tragen und in Stahlboxen, die mit einem Quadratmaschen gewebe < 3,15 mm ausgekleidet sind, gesammelt, im Falle der Zementbindung an der Atmosphäre gehärtet, bei Kalkbin dung oder zur Abkürzung des Abbindevorgangs im Autoklaven unter Sattdampfbedingungen bei ca. 160°C gehärtet.About a weakly powdered gutter, the material is out carry and in steel boxes with a square mesh fabric <3.15 mm are lined, in the case hardened cement bond in the atmosphere, Kalkbin tion or to abbreviate the Abbindevorgangs in the autoclave cured under saturated steam conditions at about 160 ° C.
Zum Vergleich sei darauf hingewiesen, daß Bims gleicher Körnung eine Schüttdichte von 0,92 KG/dm3 und eine Kornfestigkeit von iM 70 KN aufweist.For comparison, it should be noted that pumice same grain has a bulk density of 0.92 KG / dm 3 and a grain strength of iM 70 KN.
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